粉煤灰的主要组成成分有哪些？

我国是一个以煤为主要能源的国家，在一次能源探明总量中煤炭占90%。目前，我国煤炭资源75%左右用于火力发电，燃煤电厂发电会产生大量的粉煤灰，其中只有一小部分被利用，大部分都被堆存。

　　粉煤灰是燃煤电厂以及煤矸石、煤泥综合利用电厂排出的主要固体废物。近年来，研究者通过对位于我国中西部地区的部分电厂飞灰进行分析，发现飞灰中氧化铝含量高达50%以上，是一种新类型的粉煤灰——高铝粉煤灰。高铝粉煤灰比普通的粉煤灰中Al2O3含量近高一倍，接近于传统铝土矿(一般在55%～65%)的含量，是一种十分重要的非传统铝资源。

　　铝土矿又称铝矾土，是工业上能利用的以三水铝石、软水铝石或硬水铝石为主要矿物成分的矿石统称。世界铝土矿产量的92％用于生产冶金级氧化铝，其余8％用于其他行业，称为非冶金用氧化铝或多品种氧化铝。金属铝是仅次于钢铁的重要金属材料。每生产1t金属铝约需2t冶金级氧化铝原料。根据中国海关，2019年全年我国共进口铝土矿1006639万吨，而2018年我国共进口铝土矿825697万吨，同比增加2191%，年度进口量首度破亿吨水平。从国别角度看，几内亚、澳大利亚、印尼三国依旧维持三足鼎立局面，系我进口铝土矿最大来源国的前三位，占总进口量的94%以上。

　　针对中国铝土矿资源不足的状况，利用高铝粉煤灰生产氧化铝不仅有望缓解铝资源的不足，而且可减少粉煤灰对大气、水体的污染和大量土地资源的占用。目前，粉煤灰主要利用于建筑（生产水泥、砌砖、制作微晶玻璃）、农业（改良土壤、生产肥料）、环保（废水处理、烟气脱硫）等方面。除了以上这些粉煤灰利用的传统领域之外，我国自“十一五”期间，大力积极引导企业开展高铝粉煤灰的综合利用。科研工作者根据高铝粉煤灰的特点，提高对其资源化利用，开始着眼于粉煤灰内铝硅等主量元素和稼、锗、镍、钒等微量元素的提取，实现高铝粉煤灰的资源综合利用。

生活垃圾焚烧后产生的炉渣和飞灰的比例因焚烧技术、垃圾成分等因素而异，但通常情况下炉渣和飞灰的总量约占焚烧前垃圾总量的20%~30%左右。

炉渣是焚烧过程中残留在炉底的固体废物，通常约占焚烧前垃圾总量的10%~20%左右。飞灰则是焚烧过程中产生的微小颗粒状废物，通常约占焚烧前垃圾总量的1%~5%左右。需要注意的是，飞灰中含有大量的重金属、有机物等有害物质，对环境和人体健康都具有潜在危害。

为了减少焚烧带来的环境影响和资源浪费，应该加强生活垃圾分类和回收利用工作，尽量减少垃圾焚烧产生的炉渣和飞灰。

一、灰飞螯合剂简述

灰飞螯合剂也就是重金属稳定剂，是一种环保型垃圾飞灰固化螯合剂，主要用于垃圾焚烧， 可以形成的螯合物被包裹在晶格中，不能再沉淀，有效地实现了钝化和稳定化，它是根据飞灰的成分、形态特征和飞灰中重金属的特点研制的。

二、灰飞螯合剂优点

1、可在广泛的pH条件下固化。

2、不受重金属离子浓度和络合物的影响。

3、能快速捕捉飞灰中的各种重金属。

4、渗透性强，扩散均匀，一级反应快。

5、使用范围广，可满足不同粉煤灰中的重金属含量。

6、与重金属螯合反应时间短，去除效果好。

7、螯合剂用量少，无二次污染，长期安全稳定。

三、灰飞螯合剂配方分析与成分剖析技术

高分子活性螯合基团可通过双电层的配位螯合、净捕获、架桥、压缩等机制快速捕获和螯合重金属，生成的螯合物被包裹在晶格中而无法再生。 沉淀，它是不溶于水的重金属螯合物，共沉淀络合物。 目前通过人工合成聚合物的应用，螯合剂的螯合能力、螯合速度和去除率都有了明显的提高，从而克服了传统产品残留率高、使用成本高等缺点。

1、粉煤灰在混凝土中能够起到活性的作用，能够使水泥和煤灰之间的缝隙变得更小。

2、起到了填充的作用，能够使结构密度得以提高。

3、具有形态效应，因为它对水的吸附性不强。具有不错的流动性。

混凝土特点

混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

在混凝土制品中新增的粉煤灰主要是起什么作用的？

1、粉煤灰在混凝土中的合理使用，不但能部分替代水泥，降低工程造价，而且由于其特有的效能可以很有效地用于各种使用要求的混凝土中，改善和提高混凝土的效能。

2、在现代混凝土中，粉煤灰已经与水泥、集料、水和外加剂同样重要，是矿物外加剂，也可称为第二胶凝材料，是混凝土的一种组分。 具体作用及效能如下：

1） 掺入粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性

新拌混凝土的和易性受浆体的体积、水灰比、骨料的级配、形状、孔隙率等的影响。掺用粉煤灰对新拌混凝土的明显好处是增大浆体的体积，大量的浆体填充了骨料间的孔隙，包裹并润滑了骨料颗粒，从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的骨料颗粒可以减少浆体与骨料间的介面摩擦，在骨料的接触点起滚珠轴承效果，从而改善了混凝土拌和物的和易性。

2） 粉煤灰可抑制新拌混凝土的泌水

粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时粉煤灰作为水泥的取代材料在同样的稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而掺用粉煤灰对防止新拌混凝土的泌水是有利的。

3 ）掺用粉煤灰，可以提高混凝土的后期强度

有试验资料表明，在混凝土中掺入粉煤灰后，随着粉煤灰掺量的增加，早期强度（28天以前）逐减，而后期强度逐渐增加。粉煤灰对混凝土的强度有三重影响：减少用水量，增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。

当原材料和环境条件一定时，掺粉煤灰混凝土的强度增长主要取决于粉煤灰的火山灰效应，即粉煤灰中玻璃态的活性氧化矽、氧化铝与水泥浆体中的Ca(OH)2作用生成碱度较小的二次水化矽酸钙、水化铝酸钙的速度和数量。粉煤灰在混凝土中，当Ca(OH)2薄膜覆盖在粉煤灰颗粒表面上时，就开始发生火山灰效应。但由于在Ca(OH)2薄膜与粉煤灰颗粒表面之间存在着水解层，钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性组分反应，反应产物在层内逐级聚集，水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度时，不会使强度有较大增长。随着水解层被反应产物充满，粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联络，从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的增长，这就是掺粉煤灰混凝土早期强度较低、后期强度增长较高的主要原因。

4） 掺粉煤灰可降低混凝土的水化热

混凝土中水泥的水化反应是放热反应，在混凝土中掺入粉煤灰由于减少了水泥的用量可以降低水化热。水化放热的多少和速度取决于水泥的物理、化学效能和掺入粉煤灰的量，例如，若按重量计用粉煤灰取代30％的水泥时，可使因水化热导致的绝热温升降低15％左右。众所周知，温度升高时水泥水化速率会显著加快，研究表明：与20℃相比，30℃时矽酸盐水泥的水化速率要加快1倍。一些大型、超大型混凝土结构，其断面尺寸增大，混凝土设计强度等级提高，所用水泥强度等级高，单位量增大，施行新标准后水泥的粉磨细度加大，这些因素的叠加，导致混凝土硬化过程温升明显加剧，温峰升高，这是导致许多混凝土结构物在施工期间，模板刚拆除时就发现大量裂缝的原因。粉煤灰混凝土可减少水泥的水化热，减少结构物由于温度而造成的裂缝。

5）掺粉煤灰可改善混凝土的耐久性

在混凝土中掺粉煤灰对其冻融耐久性有很大影响。当粉煤灰质量较差，粗颗粒多，含碳量高都对混凝土抗冻融性有不利影响。质量差的粉煤灰随掺量的增加，其抗冻融耐久性降低。但当掺用质量较好的粉煤灰同时适当降低水灰比，则可以收到改善抗冻性的效果。

水泥混凝土中如果使用了高碱水泥，会与某些活性集料发生碱集料反应，会引起混凝土产生膨胀、开裂，导致混凝土结构破坏，而且这种破坏会继续发展下去，难以补救。近年来，我国水泥含碱量的增加、混凝土中水泥用量的提高及含碱外加剂的普遍应用，更增加了碱集料反应破坏的潜在危险。在混凝土中掺加粉煤灰，可以有效地防止碱集料反应，提高混凝土的耐久性。

混凝土制品中，新增粉煤灰的主要作用？

混凝土新增粉煤灰有诸多益处。

(1)混凝土拌和料和易性得到改善

掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。

(2)混凝土的温升降低

掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少温度裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。

(3)混凝土的耐久性提高

由于二次水化作用，混凝土的密实度提高，介面结构得到改善，同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性等同时由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量。游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应。通常3既的粉煤灰掺量即可避免碱集料反应。

(4)变形减小

粉煤灰混凝土的徐变低于普通混凝土。粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩及早期塑性千裂与普通混凝土基本一致或略低，但劣质粉煤灰会增加混凝土的干缩。

(5)耐磨性提高

粉煤灰的强度和硬度较高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性优于普通混凝土。但混凝土养护不良会导致耐磨性降低。

(6)成本降低

掺加粉煤灰在等强度等级的条件下，可以减少水泥用量约10%～15%，因而可降低混凝土的成本。

粉煤灰在混凝土中主要起什么作用

降低成本，增加混凝土密实性，改善和易性，防碳化，抗锈蚀。

粉煤灰和矿粉加在混凝土中是起什么作用的？

(1)混凝土拌和料和易性得到改善 掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。 (2)混凝土的温升降低 掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少温度裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。 (3)混凝土的耐久性提高 由于二次水化作用，混凝土的密实度提高，介面结构得到改善，同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性等同时由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量。游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应。通常3既的粉煤灰掺量即可避免碱集料反应。 (4)变形减小 粉煤灰混凝土的徐变低于普通混凝土。粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩及早期塑性千裂与普通混凝土基本一致或略低，但劣质粉煤灰会增加混凝土的干缩。 (5)耐磨性提高 粉煤灰的强度和硬度较高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性优于普通混凝土。但混凝土养护不良会导致耐磨性降低。 (6)成本降低 掺加粉煤灰在等强度等级的条件下，可以减少水泥用量约10%～15%，因而可降低混凝土的成本。 答案补充 作用同样适用于矿粉

在混凝土中加入粉煤灰起什么作用？？？

三大效应

粉煤灰的主要作用

粉煤灰在混凝土中的主要作用表现在以下几个方面：

( 1 ) 填充骨料颗粒的空隙幷包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重(表观密度)只有水泥的2 ／3左右，而且粒形好( 质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠) ， 因此能填充得更密实， 在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。

( 2 ) 对水泥颗粒起物理分散作用， 使其分布得更均匀。当混凝土水胶比较低时， 水化缓慢的粉煤灰可以提供水分， 使水泥水化更充分。

( 3 ) 粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应， 不仅生成具有胶凝性质的产物(与水泥中矽酸盐的水化产物相同) ， 而且加强了薄弱的过渡区， 对改善混凝土的各项效能有显著作用。

( 4 ) 粉煤灰延缓了水化速度， 减小混凝土因水化热引起的温升， 对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。

( 5 ) 粉煤灰高效能混凝土的效能粉煤灰是一种呈玻璃态实心或空心的球状微颗粒， 比水泥粒子小得多， 比表面积极大， 表面光滑致密， 其成分主要是活性氧化矽或氧化铝。掺入混凝土中的粉煤灰主要产生以下几方面影响。

11 活性效应

在常温下，由于粉煤灰的水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿， 所以混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移， 粉煤灰中活性部分S i0 2 和A 12 0 3 与水泥水化生成的C a (O H )2 发生反应， 生成大量水化矽酸凝胶。粉煤灰外部的一些水化产物在成长过程中也会象树根一并伸入颗粒空隙中， 填充空隙， 破坏介面区C a (O H )2 的择优取向排列， 大大改善了介面区， 促进了混凝土后期强度的增长。

12 微集料密实填充及颗粒形态效应

均匀分散在混凝土中的粉煤灰颗粒不会大量吸水， 不但起著滚珠作用， 而且与水泥粒子组成了合理的微级配， 减少填充水数量， 影响系统的堆积状态， 提高堆积密度， 具有减水作用， 使新拌混凝土工作性优良， 硬化混凝土微结构更加均匀密实。而且， 不会发生泌水离析现象， 可施工性和抹面性好， 抗渗性、抗冻性好。

l 3 互动作用

水泥、粉煤灰、外加剂等不同粉料间会产生物理、化学的互动作用。例如， 水泥水化生成的C a (O H )2 是粉煤灰的活性激发剂， 而被激发了的粉煤灰一旦水解， 降低液相碱度， 又会进一步促进未水化水泥水化。又如混凝土坍落度经时损失的原因之一是随着水化反应的进行， 高效减水剂的浓度降低， 通过S E M 观察， 发现超细粉末的粉煤灰颗粒存在大量比表面积相当大的微珠以及一定量的多孔海绵状的不规则小块， 可吸附外加剂， 是外加的理想载体由于粉煤灰水化反应缓慢， 吸附在其上的高效减水剂在短时间内不会起作用， 之后才随粉煤灰的水化得以逐渐释放， 因此新拌粉煤灰混凝土的坍落度经时损失小。另外， 目前生产的水泥含碱量不断提高， 粉煤灰的使用大大节约水泥熟料， 抑制碱一骨料反应： 水泥中C 3 A 含量少， 水化产生的热量少， 减少了混凝土构件由于内外温差过大而引起其表面开裂的危险； 粉煤灰水化消耗大量C a (O H )2 ， 混凝土不耐蚀成分减少， 因而耐化学侵蚀性比普通混凝土强得多。同时徐变、干缩等变形效能也优于普通混凝土练上所述， 大掺量粉煤灰高效能混凝土具有令人满意的工作性、耐久性， 力学效能也能达到设计要求， 尽管早期强度低， 但后期强度高， 强度储备大。用高质量的粉煤获取代部分水泥可大大改善新拌混凝土 的工作效能，，因为：

( 1 ) 粉煤灰是由大小不等的球状颗粒的玻璃体组成， 袭面光滑致密， 在混凝±拌合物中能起滚珠作用；

( 2 ) 新拌混凝土中水泥颗粒易聚整合团， 粉煤灰的掺入可有效分散水泥颗粒， 释放更多的浆体来润滑饲料：

( 3 ) 能减少用水量， 使混凝土的水灰比降到更小水平， 减少泌水和离析现象；

( 4 ) 具有良好的保水性， 有利于泵送施工良好的工作性可大大改善混凝土的外观质量， 同时也是混凝土内在质量的保证大掺量粉煤灰混凝土的良好的工作效能， 对于解决目前混凝土存在的许多问题有很重要的作用。通过对粉煤灰掺量不同的新拌高效能混凝土进行坍落度试验表明， 掺加粉煤灰对混凝土工作性的改善十分明显， 各掺量粉煤灰混凝土的坍落度均大于基准混凝上。取代率大于4 0 ％以后， 随着掺量的提高， 由于粉煤灰的密度比水泥小， 胶凝材料体积增大， 需水量会有所上升， 但即使粉煤灰掺量高达7 0 ％ ，混凝土坍落度仍大于基准混凝土。同时， 在实践中可看到粉煤灰高效能混凝土的粘聚性保水性好， 无离析泌水现象。

混凝土中，新增粉煤灰的主要作用是什么？

首先，介绍一下粉煤灰。粉煤灰中矽的含量最高，其次是铝，以复杂的复盐形式存在，酸溶性较差。铁含量相对较低，以氧化物形式存在，酸溶性好，粉煤灰是燃烧煤粉后收集到的灰粒，亦称飞灰。粉煤灰的化学成分与煤的品种和燃烧条件有关，一级燃烧煤和无烟煤锅炉排出的粉煤灰。

其次，说下混凝土的定义，混凝土是由大小不同的颗粒所组成的，大颗粒粗骨料的空隙由中小颗粒填充;粗骨料颗粒的空隙由细骨料，也就是沙子填充，它的颗粒也是有粗有细，细颗粒填充粗颗粒之间的空隙。水泥浆则填充粗细骨料堆积体的大小空隙，幷包裹它们形成一层润滑层，使新拌混凝土(也称拌合物)具有一定的工作性，能在外力或本身的自重作用下成型密实。

混凝土拌合物在掺加了粉煤灰后，其混凝土拌合物颗粒级配有了较大的改善。混凝土拌合物好的保水性和小的坍落度损失有利于集中拌合和长距离 输，好的和易性易于现场浇筑提高混凝土的力学效能和耐久效能。粉煤灰的火山灰效应改善了混凝土三相中薄弱的过渡区的组成。混凝土拌合物的保水性、坍落度损失、和易性、密实度有了大幅度的提高和改善，使混凝土中的Ca(OH) 和钙钒石的减少，提高了混凝土的强度和耐久性。在混凝土中掺加粉煤灰后，混凝土单位用水量明显下降，混凝土工作效能得到大幅度的改善。另外，掺加粉煤灰后，混凝土强度较不掺粉煤灰有所提高，从粉煤灰的化学成分、在混凝土中的作用机理及混凝土的结构效能等方面进行分析。水泥的强度等级越高，颗粒越细，需水量越大;粉煤灰颗粒主要为粉粒，小于0002mm颗粒极少;粉煤灰的颗粒正好填补在细骨料和水泥之间，使得细颗粒的级配趋向合理，比表面积减小。超量取代部分粉煤灰使得细骨料小于0315mm的颗粒含量增加，减小了砂率，混凝土拌合物的整体颗粒级配趋近于合理，相应比表面积减小，需水量降低。

粉煤灰在混凝土中有什么作用？

主要是增加流动性。。粉煤灰的烧失量细度需水量比等的大小对混凝土效能的影响。细度：对和易性的影响主要体现在粘聚性方面，另外掺量过高对强度也有影响。对耐久性也有影响，细度大的粉煤灰耐久性差，实体中混凝土碳化较大。

烧失量：粉煤灰中的未燃碳是有害成分，烧失量越大，含碳量越高，混凝土的需水量就越大，从而导致水胶比提高，严重影响了粉煤灰效用的充分发挥，同时粉煤灰烧失量过高会严重影响对混凝土中含气量的控制。

需水量比：需水量比是核心，关系到外加剂掺量/混凝土需水量等。影响需水量比的因素除了烧失量和细度外，还有含珠率、微珠的粒形状等等因素，是“先天”条件所决定，难以“后天”弥补。

粉煤灰质量对混凝土的影响可以通过试配来消除或发扬。混凝土是由水泥为胶结料，砂石为骨料，加水或适量外加剂和外掺料拌制而成的。

粉煤灰的性质是粉煤灰越细化学活性更高，需水量更少，细度越小，活性更高，需水量更小，

三氧化硫含量影响水泥体积安定性（水泥体积安定性是表征水泥硬化后体积变化均匀性的物理效能指标），说白了就是若水泥发生不均匀体积变化会导致水泥膨胀、开裂、翘曲等，另外影响体积安定性的主要因素还有水泥中的游离氧化镁、游离氧化钙含量。

粉煤灰是火力发电厂以煤粉为燃料时排出的细颗粒废渣。粉煤灰细度、需水量应该是影响混凝土的粘结力。烧失量大的话，主要降低粉煤灰的减水效应和活性效应，国家对粉煤灰分级有规定的，烧失量大会降级的主要是影响强度粉煤灰本身没有强度，在砼中只是增加和易性的，因此如果粉煤灰细度、含水量过高，只要不结块影响使用，是对强度影响不大的。一、粉煤灰烧失量（%）试验取样方法及数量

以连续供应的200t相同等级的粉煤灰为一批，不足200t亦按一批论，粉煤灰的数量按干灰（含水率小于1%）的重量计算。

散装灰取样——从不同部位取15份试样，每份试样1~3kg，混合均匀，按四分法缩取比试验所需量大一倍的试样（称为平均试样）。

袋装灰取样——从每批中抽10袋，并从每袋中各取试样不少于1kg，混合均匀，按四分法缩取比试验所需量大一倍的试样（称为平均试样）。

粉煤灰在混凝土中最终起到什么作用

在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水量；改善了混凝土拌和物的和易性；增强混凝土的可泵性；减少了混凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗渗能力；增加混凝土地修饰性。

粉煤灰是煤燃烧时从烟气中捕集下来的细灰

垃圾焚烧飞灰是从垃圾焚烧的烟气中捕集下来的细灰

两者原理相同，只是燃烧物料不同

一般来说，粉煤灰的成分比较单一，可利用为建材等，也可以当作一般废物处理。

而飞灰中由于颗粒细小，能够吸附烟气中的大部分重金属，因此通常被视为危险废物，需要进安全填埋场处理处置。

( 1) 粉煤灰的颜色

粉煤灰一般呈灰色粉末状，其颜色可以有深浅变化，这种变化不仅与粉煤灰的含水率、细度和含碳量 ( 主要以残余炭粒、半焦和煤粒形式存在) 有关，而且还与粉煤灰的化学成分有关。通常情况下，含水率越高、颗粒越粗、含碳量增大均可导致粉煤灰的颜色加深，特别是含碳量，它们影响粉煤灰的整体颜色。粉煤灰中含碳量的多少可以通过粉煤灰的烧失量来衡量，烧失量越大表明含碳量越高，粉煤灰的颜色就越深。粉煤灰的化学成分不同，也会造成粉煤灰颜色上的差异，化学成分主要影响粉煤灰颗粒本身的颜色。一般而言，钙含量较高的粉煤灰颜色浅，而铁含量较高的粉煤灰颜色深，粉煤灰中铁含量的增加还可以使粉煤灰出现褐色特征。氧化铝含量的增加也会使粉煤灰颜色变浅。

准格尔电厂的粉煤灰颜色呈浅灰色，主要原因是粉煤灰中铝含量较高，碳含量较低，粉煤灰的烧失量为 2 1%。根据粉煤灰碳含量与烧失量之间的关系 ( 钱觉时，2002) ，推定准格尔电厂粉煤灰的碳含量应小于 2%，较低的碳含量也表明锅炉的燃烧效率较高。

( 2) 粉煤灰的颗粒形貌

由于粉煤灰的颗粒粒径一般在 0 5 ～300 μm 的范围内，且大多数颗粒处于 50 μm 之下，为进一步观察粉煤灰的颗粒形貌就必须借助光学显微镜和电子显微镜，这方面的研究文献相当丰富。由于电子显微镜比光学显微镜具有更高的分辨率，后期的研究主要集中在扫描电子显微镜 ( SEM) 和透射电子显微镜 ( TEM) 方面 ( Vassilev 等，1996) ，最新的研究采用了原子力显微镜 ( AFM) 来研究微珠表面起伏与燃烧温度的关系 ( Mishra 等，2003) 。

Fisher ( 1978) 曾在早期利用单偏光显微镜研究粉煤灰颗粒的微观形貌，并识别出 11种显微颗粒类型: ①无定形、透明; ②无定形、不透明; ③无定形、透明与不透明混合型; ④圆形、多孔、透明; ⑤圆形、多孔、透明与不透明混合型; ⑥不透明、棱角状; ⑦透明、空心球; ⑧透明、子母珠; ⑨透明、实心球; ⑩不透明、实心球; 瑏瑡透明、内部或表面有析晶。Ramsden 等 ( 1982) 利用光学显微镜、电子显微镜和电子探针识别出 7 种显微颗粒类型: ①未融矿物碎屑 ( 主要为石英) ; ②不规则海绵状颗粒; ③多孔状玻璃体( 以不规则粒状和空心微珠形式存在) ; ④实心微珠; ⑤树枝状氧化铁颗粒 ( 多为球形，含不等量玻璃质) ; ⑥结晶态氧化铁颗粒 ( 多为球形，含极少量玻璃质) ; ⑦未燃尽炭粒。作者还将上述颗粒的化学成分标在 SiO2-Al2O3-其他氧化物三元相图中，大体分析了这几种颗粒类型与煤中矿物间的关系。

我国学者梁天仁 ( 1984) 主要依据反光显微镜下的特征，对粉煤灰的显微结构进行了研究，首先按物质成分分为硅铝质、铁质和炭粒，然后主要根据颗粒形态分出 7 种类型。王运泉等 ( 1998) 采用光学显微镜和扫描电子显微镜从岩石学角度对粉煤灰进行了微观研究，将粉煤灰颗粒组分分为无机和有机两大类。无机部分来源于煤中矿物质，可进一步细分为玻璃微珠、磁铁微珠、不定形颗粒、碎屑石英和莫来石; 有机部分则包括煤粒和残炭两个亚组 ( 表 3 1) 。

表 3 1 燃煤飞灰显微组分分类

( 据王运泉等，1998)

孙俊民等 ( 2001) 利用光学显微镜和扫描电子显微镜对不同燃煤煤种和锅炉类型电厂飞灰进行了观察研究，建立了燃煤飞灰显微颗粒的系统分类方案，并揭示出各类颗粒的显微结构特征。首先根据物质成分将飞灰分出硅铝质、铁质、钙质和炭粒 4 个组，然后根据微观形貌和内部结构分出 16 种显微颗粒类型 ( 表 3 2) ，发现空心微珠和子母珠是飞灰中普遍存在的显微颗粒类型，不仅广泛分布于不同粒级的硅铝质颗粒中，而且常见于钙质和铁质颗粒中。

表 3 2 燃煤飞灰的显微颗粒分类

( 据孙俊民等，2001)

钱觉时 ( 2002) 根据沈旦申 ( 1989) 和 Rohatgi 等 ( 1995) 其他研究者对粉煤灰颗粒的分类和特征描述归纳出了一个综合分类 ( 表 3 3) 。这一分类首先将粉煤灰颗粒分为珠状颗粒、渣状颗粒、钝角颗粒、碎屑颗粒、粘聚颗粒五大类，然后将珠状颗粒进一步细分为漂珠、空心沉珠、复珠 ( 子母珠) 、密实微珠和富铁微珠 5 种，将渣状颗粒细分为海绵状玻璃渣和炭粒 2 种，并详细描述了各种颗粒的形貌、粒径、密度以及各种颗粒的性能和所占的百分比。

从上述研究可以看出，不同学者的分类大同小异，而且整体上表现出粉煤灰是以珠状颗粒为主的特征。因影响粉煤灰颗粒形成的因素众多和研究手段的不同，使得粉煤灰分类方案也存在一定的差异，特别是粉煤灰中的残炭通常已转变为半焦或焦炭，严格意义上讲应归属于矿物。在所有研究的粉煤灰中，都缺乏 Al2O3含量高达50%左右的粉煤灰这一特定类型。

我们采用带能谱分析的场发射扫描电镜 ( FESEM-EDX) 详细观察了准格尔电厂粉煤灰的显微结构及其类型，并用扫描电镜 ( SEM) 对人工分选的磁珠进行观察，可以发现，准格尔电厂粉煤灰中各种类型的颗粒均可见到 ( 图 3 4，图 3 5) ，但整体以珠状颗粒为主，珠状颗粒在细粒粉煤灰中最为常见。将飞灰与底灰相比，飞灰中的珠状颗粒明显高于底灰，底灰中的炭粒和不规则颗粒较多，而且底灰的粒度明显高于飞灰。在准格尔电厂粉煤灰中我们还发现，无论在底灰还是飞灰中，都存在一种杆状的颗粒类型，杆状颗粒表面可以呈现瘤状突起，也可以表现出相对的光滑。另外，粘聚颗粒也比首钢电厂粉煤灰中常见。现将观察结果叙述如下:

表 3 3 粉煤灰中颗粒的分类和特征

( 据钱觉时，2002)

图 3 4 准格尔电厂粉煤灰整体特征

高铝粉煤灰特性及其在合成莫来石和堇青石中的应用

图 3 5 准格尔电厂粉煤灰类型

( 1) 珠状颗粒

珠状颗粒主要是煤中无机组分在高温下软化、熔融，尔后急剧冷却而形成的固相颗粒，由于熔融体的表面张力作用使得表面能达到最小，致使煤粉颗粒变化为球状。这些熔化的球状颗粒将会在煤粉燃烧过程中产生的 CO、CO2、SO2或水蒸气中漂浮，当这些颗粒离开火焰区域后将会迅速移动到温度较低的区域，然后淬火形成固体的玻璃相。淬火的速度取决于这些颗粒的大小，大颗粒移动缓慢将使得颗粒内部或表面形成晶相物质。尽管有些熔体内包裹的气体可能会使球体爆裂，但一般情况下，这些球状颗粒都能离开火焰区淬火形成中空厚壁的珠状颗粒 ( 钱觉时，2002) 。

在准格尔电厂粉煤灰中，珠状颗粒占粉煤灰颗粒类型的绝大多数，特别是在细颗粒( 一般小于 50 μm) 中所占比例更大，无论何种化学成分的颗粒，这一球状或似球状或近似椭球状的颗粒在粉煤灰中都是常见类型。有薄壁空心球状的漂珠，其壁厚与直径之比在10% 左右，这种颗粒的数量相对较少; 也有厚壁空心的沉珠，其壁厚与直径之比在 30%左右，这种颗粒的数量相对较多; 另外还有为数众多、内部密实的实心微珠。在这些珠状颗粒中，其表面有光滑者也有比较粗糙者。细小的微珠大部分外表光滑，不管其成分是铝硅质还是钙质; 直径较大的微珠大部分外表粗糙，并且以铁质微珠为主; 有些珠状颗粒内部还包含有更小的玻璃微珠，通常称之为复珠或子母珠。也见有部分珠状颗粒表面粘附有更小的微珠。

将粉煤灰中的磁性颗粒进行分选，放于 SEM 下观察，可以发现，磁性颗粒中既有实心微珠也有复珠，磁性微珠大小不一，外表粗糙者居多，但也有少部分较小的磁珠外表光滑。在磁珠的表面可以看到磁珠冷却时析出的微小晶体。

( 2) 渣状颗粒

渣状颗粒可分为海绵状玻璃渣和炭粒。海绵状玻璃渣多表现为结构疏松、不规则的多孔颗粒，粒径较粗 ( 一般大于 50 μm) ，在飞灰和底灰中都存在，并且在底灰中的数量明显高于飞灰。海绵状玻璃渣上的孔洞直径大小不一，分布也不均匀，其化学成分多为铝硅质。海绵状玻璃体的形成通常是因燃烧温度不高，或在火焰中停留时间过短，或因灰分熔点较高，以致这些灰渣没有达到完全熔融程度。准格尔电厂粉煤灰中的海绵状玻璃渣数量较多，显然与煤灰中 Al2O3含量较高导致灰熔点较高有关。

炭粒既可存在于飞灰也可存在于底灰之中。炭粒的形状也有多种，既有多孔球状、海绵状，也有不规则状，炭粒的性质既有各向同性，也有各向异性 ( Vassilev 等，2004b) 。据研究，炭粒 ( 残炭) 的类型和丰度主要与煤岩组成、变质程度 ( 郑雨寿，1990，1992)和燃烧方式 ( Gibbins 等，1993) 有关。空心炭和网状炭源自镜质组，镜质组比惰质组有较高的挥发分产率，在高温热解过程中会出现不同程度的膨胀、塑性变形，甚至流动，同时不断释放挥发分，因而产生大量的气孔。结构炭和未熔炭主要源自惰质组，它们在加热过程中既不变形也不软化，挥发分产率很低，未经塑性变化过程，燃烧时可导致炭壁即细胞壁逐渐断裂，所以由惰质组形成的炭粒几乎没有气孔，同时也不同程度地保存有原惰质组的形态、结构乃至光性特征。

研究还表明，空心炭和网状炭在燃烧时，热化学反应首先发生在挥发分析出所产生的气孔中，随着燃烧的进行，表现出密度不断变化、直径不变的燃烧特征，即服从所谓的“等直径”燃烧方式。而结构炭和未熔炭则表现出从颗粒表面向内部燃烧，即密度不变、直径逐渐缩小的燃烧过程，即服从所谓的 “等密度”燃烧方式 ( 王运泉等，1998) 。

准格尔电厂燃煤中的有机组分主要是镜质组和惰质组，所以这 4 种炭粒类型均有发现，但以结构炭、未熔炭和空心炭为主，空心炭的比例相对较高。结构炭和未熔炭与煤中惰质组含量有关，空心炭与煤中镜质组含量有关。不管何种类型的炭粒，它们在底灰中的含量都明显高于飞灰，而且底灰中的炭粒直径较大，多在 200 μm 以上，最大可达 1 mm。

( 3) 钝角颗粒

按表 3 3 的分类描述，钝角颗粒是指未熔融或部分熔融的颗粒物，且主要成分为石英。这种颗粒在准格尔粉煤灰中有所发现，但数量不多，这与燃煤中石英含量本身数量较少有关。

( 4) 碎屑颗粒

碎屑颗粒大多是煤中未燃烧或不完全燃烧而遗留下来的矿物颗粒，它们往往保留或部分保留有原来矿物颗粒的形态。在准格尔电厂粉煤灰中这种颗粒类型的数量相对较多，而且主要存在于底灰中，这与煤中黏土矿物含量较多有关。

( 5) 粘聚颗粒

粘聚颗粒为粉煤灰中各种颗粒的粘聚体，这一现象在准格尔电厂粉煤灰中也比较常见，利用 SEM 可以观察到有大小不同的珠状颗粒交熔在一起，也可以观察到不规则颗粒与珠状颗粒或不规则颗粒之间的部分交熔现象。这主要是因为熔融或半熔融颗粒，或颗粒尚未完全冷却时互相碰撞在一起，粘连后再完全冷却而形成。准格尔电厂粉煤灰中这类颗粒比较常见的原因，还与煤灰中 Al2O3含量较高、杂质含量 ( 除 SiO2和 Al2O3之外的其他氧化物) 较低而导致的熔体黏度增高有关。

( 6) 杆状颗粒

在准格尔电厂粉煤灰中，首次发现有部分杆状颗粒存在，不管在底灰还是在飞灰中均可见到，尽管数量不多，但这种特殊形态的颗粒在以往的文献中都未见报道。杆状颗粒表面可以呈现瘤状突起也可以表现出相对的光滑，其直径、长短不尽相同，经 EDX 分析，其化学成分主要是碳。根据形状和化学成分推断，这些杆状颗粒是丝质体的碎片，但部分杆状颗粒表面瘤状突起的成因还不清楚，可能是液态微珠的变形附着物。